JP5546050B2

JP5546050B2 - 発泡塗膜を有する金属製キャップ及びその製造方法

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Publication number: JP5546050B2
Application number: JP2012071656A
Authority: JP
Inventors: 征中川
Original assignee: Nippon Closures Co Ltd
Current assignee: Nippon Closures Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: WO2013146228A1; EP2832656B1; EP2832656A4; US9938049B2; KR101865991B1; CN104220339A; KR20140138944A; JP2013203406A; EP2832656A1; CN104220339B; US20150076148A1

Description

本発明は、金属製キャップに関し、より詳細には、キャップに結露が生じたような場合でも滑ることがない、グリップ性に優れた発泡塗膜を有する金属製キャップ及びその製造方法に関する。

清涼飲料水等を内容物とする容器は、冷却された後開栓されて内容物の注出が行われる。このため、大気中の水蒸気が冷却されたキャップ及び容器表面に凝結する。特に金属製キャップは熱伝導率が高いため、樹脂製キャップに比して結露の発生が多く、この結露水のために手が滑ってしまい開栓性が劣るという問題を有していた。

このような問題を解決するため、本発明者等は、熱膨張中空粒子を含有する塗料組成物から成る塗膜から成り、外表面の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で表して１．６μｍ以上であり、鉛筆高度が２Ｈ以上４Ｈ以下である塗膜を有する金属製キャップを提案した（特許文献１）。

特開２００８−９４４６７号公報

上記特許文献１に記載されたキャップにおいては、キャップに結露が生じている場合にも優れたグリップ性を有し、開栓性に優れていると共に、塗膜の耐傷性にも優れていたが、塗膜の形成と同時に、塗料組成物中に存在する熱膨張中空粒子を効率よく発泡させることが難しく、生産性及び経済性の点で未だ十分満足するものではなかった。

従って本発明の目的は、キャップに結露が生じている場合にもグリップ性及び開栓性に優れていると共に、耐傷性にも優れた金属製キャップを提供することである。
本発明の他の目的は、このような金属製キャップを効率よく生産し得る製造方法を提供することである。

本発明によれば、塗料中に熱膨張性中空粒子を含有してなる塗料組成物から成る塗膜が外面に形成された金属製キャップにおいて、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率の変曲点となる時の温度で表わされる硬化開始温度ＴＡ(℃)が、
ＴＡ≧Ｔａ＋２５・・・（１）
但し、Ｔａは前記熱膨張性中空粒子の膨張開始温度(℃)である、
を満足すると共に、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率のピークで表わされる硬化最大温度ＴＢ(℃)が、
Ｔｂ−１０≦ＴＢ≦Ｔｂ＋１０・・・（２）
但し、Ｔｂは前記熱膨張性中空粒子の膨張最大温度(℃)である、
を満足することを特徴とする金属製キャップが提供される。
本発明の金属製キャップにおいては、
１．塗膜が、０．１乃至１０．０μｍの膜厚を有すると共に、塗膜中の熱膨張後の中空粒子の平均粒径が１０乃至４０μｍであること、
２．塗膜の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で表わして２．５μｍ以上であること、
が好適である。

本発明によればまた、塗料中に熱膨張性中空粒子を含有してなる塗料組成物から成る塗膜が外面に形成された金属製キャップの製造方法において、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率が変曲点となる時の温度で表わされる硬化開始温度ＴＡ(℃)が、
ＴＡ≧Ｔａ＋２５・・・（１）
但し、Ｔａは前記熱膨張性中空粒子の膨張開始温度(℃)である、
を満足すると共に、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率のピークとなる時の温度で表わされる硬化最大温度ＴＢ(℃)が、
Ｔｂ−１０≦ＴＢ≦Ｔｂ＋１０・・・（２）
但し、Ｔｂは前記熱膨張性中空粒子の膨張最大温度(℃)である、
を満足し、且つ前記熱膨張性中空粒子が前記塗料の硬化最大温度ＴＢで所定の粒径に膨張することを特徴とする金属製キャップの製造方法が提供される。

本発明の金属製キャップにおいては、外面塗膜を構成する塗料組成物に用いる熱膨張性中空粒子の膨張温度に対して、最適な硬化温度を有する塗料を組み合わせることにより、優れたグリップ性及び耐傷性を有する金属製キャップを提供することが可能になる。
また本発明の金属製キャップにおいては、後述する実施例の結果から明らかなように、算術平均粗さで表される表面粗さが２．５μｍ以上、特に２．５乃至４．０μｍの範囲にあり、結露が生じた状態であっても、優れたグリップ性を発揮することができる。
しかも耐傷性にも優れているため、高速生産によっても外観特性を損なうことがないため、生産性にも優れている。
塗料と熱膨張性中空粒子の最適な組み合わせを容易に選定することができるため、塗膜の焼付けと同時に効率よく熱膨張性粒子を膨張させることが可能であり、生産性よく上記特性を有する金属製キャップを製造することができる。

本発明においては、上記（１）及び（２）式を満足する硬化条件を満たす塗料及び熱膨張性中空粒子の組合せを組み合わせることにより、熱膨張性中空粒子を効果的に膨張させることが可能となり、優れたグリップ性及び耐傷性を発現し得る発泡塗膜を金属製キャップに形成することを可能にしたものである。
すなわち、本発明の金属製キャップの外面塗膜を構成する塗料組成物は、塗料及び熱膨張性中空粒子からなるものであるが、塗料の硬化には最適な温度範囲があると共に、熱膨張性中空粒子の膨張にも好適温度範囲があり、かかる好適温度範囲を超えた温度で熱膨張性中空粒子を加熱した場合には、熱膨張性中空粒子は膨張後収縮してしまうことから、塗料の硬化条件で効率よく熱膨張性中空粒子を膨張させることが重要である。

このことは後述する実施例の結果からも明らかである。すなわち、上記式（１）及び（２）を満足する塗料及び熱膨張性中空粒子の組み合わせから成る塗料組成物を用いて成る金属製キャップにおいては、算術平均粗さ（Ｒａ）が２．５乃至４．０μｍの範囲にあり、グリップ性及び耐傷性に優れていることが明らかであるのに対して（実施例１〜２）、上記式（１）及び（２）の少なくとも一方を満足していない塗料及び熱膨張性中空粒子の組み合わせから成る塗料組成物を用いて成る金属製キャップにおいては、算術平均粗さ（Ｒａ）が２．５μｍ未満のサンプルを含んでしまうため、グリップ性に劣っている（比較例２〜３）、或いは算術平均粗さ（Ｒａ）が４．０μｍよりも大きいサンプルを含んでしまうため、耐傷性に劣っていることが明らかである（比較例４〜５）。

本発明の金属製キャップにおいては、塗膜の厚みが０．１乃至１０．０μｍ、特に１乃至８μｍの範囲にあると共に、膨張後の中空粒子の平均粒径が１０乃至４０μｍ、特に１５乃至２５μｍの範囲にあることが好ましい。塗膜の膜厚に対して膨張後の中空粒子が上記範囲にあることにより、グリップ性と耐傷性という相対する性質の両方を満足することが可能になる。

（塗料組成物）
本発明においては、上記式（１）及び（２）を満足する塗料及び熱膨張性中空粒子を組み合わせで用いることが重要であり、好適には下記の塗料及び熱膨張性中空粒子の中から好適な組合せを選択することが望ましい。
塗料は、エポキシ−フェノール塗料、エポキシ−アミノ塗料、ポリエステル系塗料、ウレタン系塗料等、従来金属製キャップの外面塗料に用いられていたすべての塗料を用いることができるが、塗膜密着性、加工性、耐食性（バリヤー性）及び衛生性等の金属製キャップの外面塗膜として有すべき特性に優れていると共に、一般的な熱膨張性中空粒子の膨張開始温度（Ｔａ）及び膨張最大温度（Ｔｂ）の点から、ポリエステル系塗料を好適に用いることができる。
ポリエステル系塗料としては、ポリエステル樹脂を主成分とし、これにアミノ樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート系樹脂、熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂を配合した溶剤系塗料や、ポリエステル樹脂をアクリル変性したポリエステル水性塗料等を好適に用いることができる。
好適には、主成分となるポリエステル樹脂が、一般に１０００乃至５００００の数平均分子量、２０乃至８０℃のガラス転移点、０．２５乃至０．７０ｄｌ/ｇの還元粘度を有していることが好ましい。

ポリエステル系塗料は、ポリエステル樹脂と熱硬化性樹脂を９５：５乃至６０:４０の割合で配合することが好ましい。また、樹脂成分１００重量部当たり１５０乃至５００重量部の量で溶剤を含有して塗料とすることが好ましい。溶剤としては、前述した樹脂成分を溶解可能なものであればそれ自体公知のものを用いることができ、例えば、イソプロピルアルコール、酢酸イソブチル，ｎ−ブタノール、ソルベッソ１１０等を挙げることができる。

塗料に配合される熱膨張性中空粒子としては、粒子を構成する外包部分が、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等から成り、外包粒子内にイソペンタン液、化学発泡剤等を内包物とするものであることが好ましい。
熱膨張性中空粒子は、前述した通り、塗膜の厚みが０．１乃至１０．０μｍとする際、膨張後の平均粒径が１０乃至４０μｍの範囲にあるものであることが好適であり、一般に体積が８乃至６４倍に増大するものであることが好ましい。
熱膨張性中空粒子としては、これに限定されないが、エクスパンセル社製エクスパンセル、松本油脂製薬社製マツモトマイクロスフィアー、永和化成工業社製セルパウダー等を好適に用いることができる。
本発明に用いる塗料組成物においては、塗料樹脂成分に１００重量部に対して、膨張後の平均粒径が上述した範囲にある熱膨張製中空粒子を０．７乃至３．０重量部の量で配合することが好適である。

(塗装金属板)
本発明の金属製キャップの成形に用いられる塗装金属板は、少なくとも金属板を未塗装で或いは保護用の下地ニスの上に、上述した塗料組成物から成る外面塗膜を形成して成るものである。
金属板としては、ティンフリースチール、ブリキ等の各種表面処理鋼板やアルミニウム等の軽金属材料等、従来より金属製キャップに用いられている金属板を用いることができるが、特にアルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。
金属板の板厚は、一般に０．１８乃至０．２５ｍｍの厚みを有することが好ましく、特にアルミニウムの場合には、０．２２乃至０．２５ｍｍの厚みを有するのがよい。
塗料組成物は、金属板に４０乃至６０ｍｇ／ｄｍ^２の塗工量で塗布されることが好ましく、塗装方法としては、浸漬塗り、ローラコート、スプレー塗布、電着塗装等、従来公知の任意の方法により塗布することができる。
塗料の焼付け条件は、用いる塗料に応じた加熱温度で、例えばポリエステルアミノ系塗料を用いた場合には、硬化最大温度をピーク温度として設定して加熱し、硬化最大温度に達した後加熱を終了する。尚、硬化最大温度に達することによって硬化が完了するものではなく、余熱によって更に硬化が進行する。

（金属製キャップ）
本発明の金属製キャップは、上記塗装金属板を従来公知の絞り成形等によって、キャップ形状に成形する。
本発明の金属製キャップは、外面に上述した塗料組成物から成る発泡塗膜を有している限り、種々の形態をとることができるが、特にグリップ性がよく、キャップを旋回させやすいことから、旋回により開栓するタイプのキャップ、特に容器口部に螺子固定されるキャップであることが好ましい。
金属製キャップは、上記塗装金属板の上述した発泡塗膜が形成された面が外面側となるように絞り成形し、次いで螺子部を形成し、必要によりタンパーエビデントバンド等を形成してキャップシェルを形成した後、ライナー材をキャップシェル頂板部内面に形成することにより作成される。

（評価方法）
試験装置及び試験条件について表１に示す。

（評価基準）
・グリップ性
作成されたスクリューキャップを、内容物として湯水が充填された、口部に螺子部が形成されたリシール缶に適用し、５℃の温度で２４時間冷蔵した。
冷蔵庫から取出し、温度２３℃及び湿度６０％ＲＨの条件下で１０分間経過させた後、キャップの滑りやすさ、開けやすさを１０人のパネルによって評価した。
◎：従来の金属キャップと比べ、非常に開け易い。
○：従来の金属キャップと比べ、開け易い。
△：従来の金属キャップと比べ、同等である。
×：従来の金属キャップと比べ、開け難い。

・耐傷性
成形後のキャップ外面塗膜の傷つき、クラックを目視により判断し、下記の基準で評価した。
○：従来の金属キャップと比べ、傷つき、クラックは同等である。
△：従来の金属キャップと比べ、傷つき、クラックがやや見られる。
×：従来の金属キャップと比べ、傷つき、クラックが多く見られる。

（塗料組成物）
・塗料Ａ：ポリエステルアミノ系塗料（ＤＩＣグラフィックス社製）
（硬化開始温度（ＴＡ）１２５℃、硬化最大温度（ＴＢ）１４４℃）
・塗料Ｂ：ポリエステルアミノ系塗料（東洋インキ製造社製）
（硬化開始温度（ＴＡ）１２４℃、硬化最大温度（ＴＢ）１６３℃）
・塗料Ｃ：ポリエステルアミノ系塗料（関西ペイント社製）
（硬化開始温度（ＴＡ）１１２℃、硬化最大温度（ＴＢ）１４５℃）
尚、硬化開始温度及び公開最大温度は３回測定したものの平均値をそれぞれ表す。

・熱膨張性中空粒子（１）：
膨張開始温度(Ｔａ)９５℃、膨張最大温度(Ｔｂ)１４５℃、発泡後の粒子径２０μｍ
・熱膨張性中空粒子（２）：
膨張開始温度(Ｔａ)９５℃、膨張最大温度(Ｔｂ)１４５℃、発泡後の粒子径４０μｍ
・熱膨張性中空粒子（３）：
膨張開始温度(Ｔａ)１０５℃、膨張最大温度(Ｔｂ)１５０℃、発泡後の粒子径４０μｍ
・熱膨張性中空粒子（４）：
膨張開始温度(Ｔａ)１２５℃、膨張最大温度(Ｔｂ)１８０℃、発泡後の粒子径４０μｍ

（実施例１）
上記塗料Ａの樹脂分１００重量部に対して、熱膨張性中空粒子（１）を３重量部配合して成る塗料組成物を、下地ニス層（厚み０．１〜１５．０μｍ）、印刷層(厚み０．１〜５．０μｍ)が形成された板厚０．２５ｍｍのアルミニウム板上に、４５ｍｇ／ｄｍ^２の塗工量で塗布し、１８０℃のピーク温度で１０分間加熱して、膜厚４〜５μｍ、膨張後の中空粒子の平均粒径が２０μｍである塗装金属板を作成し、この塗装金属板を用いて絞り成形を行い、口径３８ｍｍのスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（実施例２）
実施例１における熱膨張性中空粒子（１）の代わりに中空粒子（２）を用いた以外は実施例１と同様にしてスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（比較例１）
熱膨張性中空粒子を配合しなかった以外は実施例１と同様にしてスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（比較例２）
実施例１における塗料Ａの代わりに塗料Ｂを用いた以外は実施例１と同様にしてスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（比較例３）
実施例１における塗料Ａの代わりに塗料Ｃを用いた以外は実施例１と同様にしてスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（比較例４）
実施例１における熱膨張性中空粒子（１）の代わりに中空粒子（３）を用いた以外は実施例１と同様にしてスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（比較例５）
実施例１における熱膨張性中空粒子（１）の代わりに中空粒子（４）を用いた以外は実施例１と同様にしてスクリューキャップを作成した。評価結果を表２に示す。

（評価結果）
各試験の評価結果について表２に示す。
塗料の硬化開始温度を熱膨張性中空粒子の膨張開始温度より２５℃以上高い温度に設定し、硬化反応開始時間を遅らせ、且つ、熱膨張性中空粒子の膨張が最大となる膨張最大温度の±１０℃の温度領域内に塗料の硬化最大温度を収めることで、耐傷性を失わずにグリップ性を付加した凹凸面を持つ金属製キャップを効率良く製造することが可能となった。

本発明の金属製キャップにおいては、グリップ性及び開栓性に優れているため、特に結露などが生じやすいコールド飲料等に好適に使用することができる。
また耐傷性にも優れているため、高速生産によっても外観特性を損なうことがないため、生産性にも優れており、大量生産にも対応することができる。
更に塗料と熱膨張性中空粒子の最適な組み合わせを容易に選定することができるため、塗膜の焼付けと同時に効率よく熱膨張性粒子を膨張させることが可能であり、生産性よく上記金属製キャップを製造することができる。

Claims

塗料中に熱膨張性中空粒子を含有してなる塗料組成物から成る塗膜が外面に形成された金属製キャップにおいて、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率の変曲点の温度で表わされる硬化開始温度ＴＡ(℃)が、
ＴＡ≧Ｔａ＋２５
但し、Ｔａは前記熱膨張性中空粒子の膨張開始温度(℃)である、
を満足すると共に、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率のピークの温度で表わされる硬化最大温度ＴＢ(℃)が、
Ｔｂ−１０≦ＴＢ≦Ｔｂ＋１０
但し、Ｔｂは前記熱膨張性中空粒子の膨張最大温度(℃)である、
を満足することを特徴とする金属製キャップ。
前記塗膜が、０．１乃至１０μｍの膜厚を有すると共に、塗膜中の熱膨張後の中空粒子の平均粒径が１０乃至４０μｍである請求項１記載の金属製キャップ。
前記塗膜の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で表わして２．５μｍ以上である請求項１又は２記載の金属製キャップ。
塗料中に熱膨張性中空粒子を含有してなる塗料組成物から成る塗膜が外面に形成された金属製キャップの製造方法において、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率の変曲点の温度で表わされる硬化開始温度ＴＡ(℃)が、
ＴＡ≧Ｔａ＋２５
但し、Ｔａは前記熱膨張性中空粒子の膨張開始温度(℃)である、
を満足すると共に、前記塗料の剛体振り子粘弾性試験による減衰率のピークの温度で表わされる硬化最大温度ＴＢ(℃)が、
Ｔｂ−１０≦ＴＢ≦Ｔｂ＋１０
但し、Ｔｂは前記熱膨張性中空粒子の膨張最大温度(℃)である、
を満足し、且つ前記熱膨張性中空粒子が前記塗料の硬化最大温度ＴＢで所定の粒径に膨張することを特徴とする金属製キャップの製造方法。